Java NIO之緩衝區

時間 2019-12-08

標籤 java nio 緩衝區欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

簡介

接着上面那篇JavaWeb有關的故事，講講NIO，上篇在這：JavaWeb有關的故事
幾個IO事實：html

影響應用程序執行效率的限定因素，每每非處理速率，而是IO
OS要移動大塊數據，每每是在DMA協助下完成，而JVM的IO操做每每是小塊數據，有了NIO，可改變這種狀況
JDK1.4，java.nio提供了一套新的抽象用於IO處理

IO概念

緩衝區操做

進程執行IO操做，要麼把緩衝區的數據排幹（read），要麼用數據把緩衝區填滿（write）。
進程使用read（）系統調用，要求其緩衝區須要被填滿，內核隨機向磁盤控制硬件發出命令，經過DMA（無需主CPU協助）講數據寫入內核內存緩衝區，一旦磁盤控制器把緩衝區裝滿，內核即把數據從內核空間的臨時緩衝區拷貝到進程read（）調用時執行的緩衝區。java

其中用戶空間和內核空間：
用戶空間是常規進程所在區域，如JVM。內核空間是操做系統所在區域，有特別權力，能與設備控制器通信，控制用戶區域進程的運行狀態等。總之，全部IO都直接或間接經過內核空間。
硬件不能直接訪問用戶空間，硬件設備操做的是固定大小的數據塊，而用戶進程請求的多是任意大小的或非對齊的數據塊。緩存

虛擬內存

使用虛擬地址取代物理內存地址，有個兩大類好處，一是多個虛擬地址可知指向同一物理地址，二是虛擬內存空間可大於硬件內存。函數

文件IO

文件系統與磁盤不一樣，文件系統是高層次的抽象，是安排、解釋磁盤或其餘隨機存取塊設備數據的一種獨特方法。
文件系統數據也會同其餘內存頁同樣獲得高速緩存，對於隨後發生的IO請求，文件數據的部分或所有可能仍位於物理內存中，無需從磁盤讀取。this

文件鎖定：分爲共享和獨佔。多個共享鎖可同時對同一文件區域發生做用，獨佔鎖要求相關區域不能有其餘鎖起做用。操作系統

流IO

原理模仿通道，必須順序存取，如控制檯設備、打印機端口。code

緩衝區

Buffer類是nio構造基礎，一個Buffer對象是固定數量的數據容器，在這裏的數據可悲存儲並在以後用於檢索。能夠理解爲是I/O操做中數據的中轉站。緩衝區直接爲通道(Channel)服務，寫入數據到通道或從通道讀取數據，這樣的操利用緩衝區數據來傳遞就能夠達到對數據高效處理的目的。htm

Buffer屬性

容量capacity：建立時設定，不可改變。
上界limit：不可讀寫。現存元素的計數。
位置position：下一個要被讀或寫元素的索引。
標記mark：一個備忘位置。對象

Buffer數據填充、翻轉、釋放、壓縮、標記

java.nio.Buffer類是一個抽象類，不能被實例化。Buffer類的直接子類，如ByteBuffer等也是抽象類，因此也不能被實例化。
可是ByteBuffer類提供了靜態工廠方法來得到ByteBuffer的實例，終於到了show代碼的時候了=。=，以下：blog

//初始化
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //數據填充
        buffer.put((byte) 'H').put((byte) 'e').put((byte) 'l').put((byte) 'l').put((byte) 'o');

        System.out.println(buffer.toString());//java.nio.HeapByteBuffer[pos=5 lim=1024 cap=1024]
        System.out.println((char) (buffer.get(0)));//H

        //數據修改
        buffer.put(0, (byte) 'M').put((byte) 'w');

        System.out.println(buffer.toString());//java.nio.HeapByteBuffer[pos=6 lim=1024 cap=1024]
        System.out.println((char) (buffer.get(0)));//M

        //flip將position歸0，將一個待填充狀態的緩衝區翻轉成準備讀出狀態
        System.out.println(buffer);//java.nio.HeapByteBuffer[pos=6 lim=1024 cap=1024]
        buffer.flip();
        //buffer.rewind();//相似flip，可是不影響limit屬性。java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=1024 cap=1024]
        System.out.println(buffer);//java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=6 cap=1024]

        //使用hasRemaining()判斷是否達到緩衝區上界
        while (buffer.hasRemaining()) {
            System.out.print((char) (buffer.get()));
        }//Mellow
        System.out.println("");

        //壓縮，compact丟棄已釋放數據，保留未釋放數據
        buffer.compact();
        //mark，在某個位置標記，reset( )函數將位置設爲當前的標記值。
        // 若是標記值未定義，調 用 reset( )將致使 InvalidMarkException 異常。
        // 一些緩衝區函數會拋棄已經設定的標記 (rewind( )，clear( )，以及 flip( )老是拋棄標記)。
        buffer.position(2).mark();

Buffer比較

比較兩個緩衝區，ByteBuffer已經實現Comparable接口，源碼以下：

public int compareTo(ByteBuffer that) {
        int n = this.position() + Math.min(this.remaining(), that.remaining());
        for (int i = this.position(), j = that.position(); i < n; i++, j++) {
            int cmp = compare(this.get(i), that.get(j));
            if (cmp != 0)
                return cmp;
        }
        return this.remaining() - that.remaining();
    }

    private static int compare(byte x, byte y) {
        return Byte.compare(x, y);

    }

Buffer批量移動

//批量取
        byte[] myArray = new byte[1000];
        buffer.get(myArray);
        //等價於:
        buffer.get(myArray, 0, myArray.length);

        //批量存
        byte[] myString = new byte[1000];
        buffer.put(myString);
        //等價於:
        buffer.put(myString,0,myString.length);

複製緩衝區

使用duplicate()函數能夠複製緩衝區，會建立一個新的buffer對象，但並不會複製數據，原始緩衝區和副本都會操做一樣的數據元素。

字節緩衝區

全部的基本數據類型都有相應的緩衝區類（布爾除外），字節類型比較特殊，字節是操做系統和其IO設備使用的基本類型。
非字節類型的基本類型，也是由字節組合成的，好比char2個字節，int4個字節，double8個字節。組合的字節是有順序的，Java默認的字節順序是大端字節順序，參見類ByteOreder。